ALÜMİNA (Al2O3) KÖPÜKLERDE GÖZENEK BOYUTU VE DAĞILIMININ ELASTİK MODÜLE ETKİSİ


Creative Commons License

Gültekin B., Dengiz C. G., Gürbüz M.

ICHEAS 8TH INTERNATIONAL CONFERENCE ON HEALTH, ENGINEERING AND APPLIED SCIENCES, Rome, Italy, 15 - 17 November 2024, pp.335-343, (Full Text)

  • Publication Type: Conference Paper / Full Text
  • City: Rome
  • Country: Italy
  • Page Numbers: pp.335-343
  • Ondokuz Mayıs University Affiliated: Yes

Abstract

Alumina is one of the advanced technology ceramics widely used in many strategic areas such as automotive, aerospace, defense and biomedical. Among the material properties of alumina, various features such as high wear, hardness and corrosion resistance can be shown. Since they are used in critical areas such as cutting tools, dental implants as medical applications and electrical insulation parts, the mechanical properties and structural durability of alumina are of great importance. When alumina is produced in foam form, it finds applications in many areas such as thermal insulation, fire retardancy, sound insulation, catalysts, and biomedical applications. It is very important to model the mechanical properties of these foam materials in advance depending on the amount of porosity before the experimental study. In this study, the variation in the elastic modulus of foam material with randomly distributed pores of different sizes was investigated using the Abaqus finite element software. Two-dimensional models with dimensions of 2x2 mm², containing pores of sizes 0,15, 0,25, and 0,35 mm, were modeled at porosity levels of %15, %20, and %25. A deformation of 0,05 was applied to the models, which were fixed at one edge. In the study, an algorithm was written to randomly generate the pore distribution. The algorithm produces stochastic results by creating different distributions even at the same pore ratios for each run. As a result of the study, the elastic modulus decreased by %61 for the model containing %25 porosity with a pore diameter of 0,35 mm. However, when the pore diameter was increased from 0,15 mm to 0,25 mm, it was observed that the elastic modulus value decreased by %0,87, provided that the porosity ratio remained constant. In addition, it was concluded that the elastic modulus value decreased when the porosity ratio increased while the pore diameter was constant. As a result, it was determined that the elastic modulus value changed depending on the pore distribution, size and density.

Alümina otomotiv, havacılık, savunma ve biyomedikal gibi birçok stratejik alanda yaygın kullanılan ileri teknoloji seramiklerinden biridir. Alüminanın malzeme özellikleri arasında yüksek aşınma, sertlik ve korozyon direnci gibi çeşitli özellikler gösterilebilir.  Kesici uçlar, tıbbi uygulama olarak diş implantlarında ve elektrik yalıtım parçaları gibi kritik alanlarda kullanıldıkları için, alüminanın mekanik özellikleri ve yapısal dayanıklılığı büyük önem taşımaktadır. Alümina köpük formda üretildiğinde ısı yalıtımı, yangın geciktirme, ses yalıtımı, katalizör, biyomedikal vb. birçok uygulamada kullanım alanı bulmaktadır. Bu köpük malzemelerin deneysel çalışma öncesi gözenek miktarına bağlı olarak mekanik özelliklerinin önceden modellenmesi oldukça önemlidir. Bu çalışmada rastgele dağılmış farklı boyutta gözenek içeren köpük malzemenin elastik modülünde meydana gelen değişim Abaqus sonlu elemanlar yazılımında incelenmiştir. 0,15, 0,25 ve 0,35 mm boyutunda gözenek içeren 2x2 mm2 ölçülerinde iki boyutlu modeller %15, %20 ve %25 gözeneklilik oranlarında modellenmiştir. Bir kenarından sabitlenen modellere diğer kenarından 0.05 şekil değiştirme uygulanmıştır. Çalışmada gözenek dağılımının rastgele oluşturulması için bir algoritma yazılmıştır. Algoritma her çalıştırma için aynı gözenek oranlarında dahi farklı dağılımlar oluşturarak stokastik sonuç üretmektedir. Yapılan çalışma sonucunda 0,35 mm gözenek çapında %25 gözenek içeren model için elastik modül %61 oranında azalmıştır. Bununla birlikte gözenek çapı 0,15 mm’den 0,25 mm’ye çıkarıldığında gözeneklilik oranı sabit kalmak şartıyla elastik modül değerinin %0,87 azaldığı görülmüştür. Ayrıca delik çapı sabit iken gözeneklilik oranı arttığında elastik modül değerinin azaldığı sonucuna varılmıştır. Sonuç olarak elastik modül değerinin gözenek dağılımına, büyüklüğüne ve yoğunluğa bağlı olarak değiştiği belirlenmiştir.